低成分薄規格L485M 級管線鋼的生產實踐

楊志強， 曲之國， 楊海峰， 鄭 偉

（五礦營口中板有限責任公司， 遼寧 營口 115000）

價格因素是影響市場占有率的一個重要因素。因此生產成本是提高競爭能力最重要的手段。L485M 級管線鋼通常采用低碳化學成分設計，由于Mo、Nb 等合金價格較高，導致煉鋼成本一直居高不下。五礦營口中板有限責任公司（以下簡稱營鋼）于2009 年5 000 mm 寬厚板軋機投產時開始研發管線鋼，目前管線鋼生產已達到L485M 級別，在國內管線鋼生產中處于領先地位。通過優化控軋控冷工藝，調整合金成分體系，不但降低了生產成本，還使生產的L485M 級管線鋼強度滿足，-40 ℃沖擊功趨于穩定，平均為200 J 以上。

1 L485M 級管線鋼的技術條件

L485M 級管線鋼的化學成分及力學性能要求分別見表1 和表2。

表1 L485M 級管線鋼的化學成分要求 %

表2 L485M 級管線鋼的力學性能要求

2 工藝試驗

鋼板規格薄，為保證強度及韌性匹配，w（C）控制在0.06%～0.09%為宜。降低碳所損失的強度由增加Mn 來彌補，Mn 起固溶強化作用，Mn 還能降低奧氏體-鐵素體相變溫度，而奧氏體-鐵素體相變溫度的降低對鐵素體的晶粒尺寸具有細化作用。并采用Nb、Ti 復合微合金化的方式延遲奧氏體的再結晶，延遲奧氏體-鐵素體相變過程，細化晶粒提高強韌性能。在設計成分時，不使用Mo 合金，而用價格較低的Mn、Cr 合金元素，含量達到技術協議上限，彌補由于不加Mo 帶來的強度損失。具體成分如表3。

表3 L485M 級（試驗）管線鋼的冶煉成分 %

軋鋼采用兩階段控軋的方式，軋后配合控制冷卻。因鋼板規格薄，鋼板軋制結束到ACC 開始冷卻溫度降低的較多，易出現先共析鐵素體析出，導致鋼板強度不合格。因此鋼板終軋溫度的選擇會直接影響兩階段開軋溫度及ACC 開冷溫度，間接影響中間坯厚度的選擇。

精軋選擇在奧氏體未再結晶區內，在這一溫度范圍內的特點是通過形變使奧氏體晶粒拉長，同時在伸長而未再結晶的奧氏體內形成較高密度的孿晶形變，碳、氮化物因應變誘導析出，因而增加了鐵素體的形核位置，鐵素體晶粒得到了細化。

為提高鐵素體的形核數量，通過提高奧氏體-鐵素體相變過冷度，使溫度降低。通過增加冷卻速度阻止、延遲碳、氮化物過早的析出，從而產生更加彌散的析出物。進一步提高冷卻速度，可獲得針狀鐵素體，進一步改善強韌性。精軋結束后鋼板快速拋鋼入水，保證開冷溫度，控制先共析鐵素體的析出，采用高的冷卻速率及低的終冷溫度以控制相變組織，獲得針狀鐵素體組織的管線鋼。

設計種軋制工藝，具體軋制實驗方案見下頁表4。實驗工藝都采用二階段控制工藝，工藝1 主要采用相對高的終軋溫度；工藝2 采取相對較高的加熱溫度；工藝2 和工藝3 提升中間坯厚度同時采用大的冷卻速度。

表4 軋制工藝

3 試驗結果分析

3.1 性能檢驗L485M

從3 種軋制工藝生產鋼板的中部制取試樣進行力學及相關性能檢驗，試驗結果見表5。

從表5 可以看出，工藝1、3、2 軋制鋼板的屈服強度、-40 ℃沖擊功逐漸升高，抗拉強度、延伸率遠高于技術條件的要求。其中，工藝1 軋制鋼板雖然能夠滿足技術要求，但是屈服強度余量較小，質量保障能力較差，若批量生產則會造成合格率低。工藝2 和工藝3 的屈服強度、抗拉強度及沖擊功等能滿足技術要求，但工藝2 加熱溫度相對偏高，不利于原奧氏體晶粒的細化。

3.2 微觀組織

從3 種工藝軋制鋼板制取橫截面試樣，用硝酸酒精溶液腐蝕鋼板，鋼板表面微觀組織均為針狀鐵素體，1/4 和中心位置的組織有不同之處，圖1-1、圖1-2、圖1-3 分別為按照工藝1、2、3 生產的L485M級鋼板厚度1/4 處金相組織。

圖1 500X 金相組織

金相組織以準多邊形鐵素體+粒狀貝氏體為主、伴有少量的貝氏體鐵素體。由圖1 可以看出，按照工藝1 生產試驗鋼板顯微組織中的先共析鐵素體數量明顯增多，針狀鐵素體比例下降，因而強度和沖擊性能也最低。

3.3 結果分析

1）工藝1 軋制鋼板的強度低于工藝2、工藝3。這是由于工藝1 采用相對低的中間坯厚度及冷卻速度。雖然只是差5 mm 中間坯厚度及10 ℃終軋溫度，但是二階段開軋溫度卻提升了40 ℃之多。因鋼板精軋階段累積壓下率的溫度相對較高，低成分薄規格鋼板的強度偏低。

2）工藝2、工藝3 經過細化熱機械軋制工藝。終軋溫度降低10 ℃、冷速提高2 K/s，性能結果滿足要求，具體為屈服強度上升35 MPa、抗拉強度上升10 MPa、伸長率降低1.5%、沖擊功上升30 J、硬度上升12HV10、晶粒度上升0.5 級。

3）工藝2 采用了較高的板坯加熱溫度，不利于原奧氏體晶粒的細化。

綜上，合同鋼板批量生產選用工藝3 進行軋制。

4 性能匯總

按工藝3 批量軋制的性能均合格，具體見表6。

鋼板的強度和沖擊性能均較好，滿足標準及后續制管使用需求。

表6 L485M 級鋼板的力學性能匯總

5 總結

經過對TMCP 生產工藝的細化研究，對加熱、軋制、冷卻等過程進行全方位的控制，成功研發出低成分薄規格L485M 高強度高韌性的管線鋼。鋼板批量生產，所得綜合強韌性能穩定，性能初驗合格率99.65%。研發出的高強韌性管線鋼滿足現代油氣輸送要求，其強度、低溫沖擊韌性和焊接性能優良。合金成分控制較低，具有綜合競爭優勢，增加了營鋼高附加值品種鋼的種類。